第2章 先进制造系统的基本原理

1、1 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 第第2章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1 制造系统的类型制造系统的类型 2.2 AMS的组成的组成 2 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1 制造系统的类型制造系统的类型 2.1.1 按产品的用途分按产品的用途分 2.1.2 按产品构成形态分按产品构成形态分 2.1.3 按产品批量分按产品批量分 2.1.4 按生产计划分按生产计划分 2.1.5 按层次结构分按层次结构分 2.1.6 制造系统大小的划分制造系统大小的划分 3 先进制造系统先

2、进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1.1 按按产品的用途产品的用途分分 铣床制造厂铣床制造厂 磨床制造厂磨床制造厂 v汽车制造厂 v飞机制造厂 v机床制造厂 v仪表制造厂 v化工制造厂 v 4 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1.2 按按产品构成形态产品构成形态分分 （1）离散）离散式式制造系统制造系统 产品产品需要组装而成需要组装而成。 例例 机机床床厂、厂、打印机打印机制造厂。制造厂。 离散的意义离散的意义 是指零件上，而不是时间上。是指零件上，而不是时间上。 （2）流程式制造系统）流程式制造系统

3、产品无需组装。产品无需组装。 例例 钢铁钢铁厂厂、纺织、纺织厂厂、化工、化工厂厂等。等。 （3）混合式制造系统混合式制造系统 产品需要部分组装。产品需要部分组装。 例例 制药厂、食品厂等。制药厂、食品厂等。 5 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1.3 按按产品批量产品批量分分 （1）大量）大量(10000)制造系统制造系统 汽车制造厂汽车制造厂 特点：特点：设备设备柔性低，生产率高。柔性低，生产率高。 （2）中量）中量(100-10000)制造系统制造系统 机床制造厂机床制造厂 特点：设备按工艺专业化原则，或按零件族布置。特点：设备按工艺专

4、业化原则，或按零件族布置。 （3 3）小量）小量(100)(100)制造系统制造系统 重型机器厂重型机器厂 特点：特点： 设备柔性设备柔性高，生产率低。高，生产率低。 6 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1.4 按生产计划分按生产计划分 1. 自主式自主式制造系统制造系统 生产计划是依据库存数量而并非客户订货数量而生产计划是依据库存数量而并非客户订货数量而 制定的。产品一般先进入仓库而不直接面对客户。制定的。产品一般先进入仓库而不直接面对客户。 采用这个方式有两个原因：采用这个方式有两个原因： v客户要求很短的交货期，客户要求很短的交货期，

5、 v产品有很少的变化，客户需求可准确预测。产品有很少的变化，客户需求可准确预测。 7 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1.4 按生产计划分按生产计划分 2. .订单式制造系统订单式制造系统 按订货设计按订货设计 产品具有很大的技术复杂性及小的批产品具有很大的技术复杂性及小的批 量，量，如大型产品，或客户允许有较长的交货期，产品需如大型产品，或客户允许有较长的交货期，产品需 要根据订货组织设计，再进行生产。要根据订货组织设计，再进行生产。如如商用飞机。商用飞机。 按订货加工按订货加工 在订货之前己完成设计，按订货进行在订货之前己完成设计，按订

6、货进行 加工。加工。其其产品的需求通常不可预测。产品的需求通常不可预测。如如大型发电机组。大型发电机组。 按订货装配按订货装配 在订货之前已完成设计及零部件加工，在订货之前已完成设计及零部件加工， 按订货进行装配。按订货进行装配。其产品通常有许多部件，产品的需其产品通常有许多部件，产品的需 求是可预测的，而客户需要较短的交货期。如汽车。求是可预测的，而客户需要较短的交货期。如汽车。 8 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1.5 按层次结构分按层次结构分 制造系统的结构在层次上可以分成四级制造系统的结构在层次上可以分成四级 图图2-1 v单元级

7、单元级制造系统制造系统 v车间级车间级制造系统制造系统 v企业企业/ /工厂级工厂级制造系统制造系统 v全球全球制造系统。制造系统。 9 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1.5 按层次结构分按层次结构分 图图2-1 制造系统的层次结构制造系统的层次结构 企业级企业级制造系统制造系统 企业级企业级制造系统制造系统 车间级车间级制造系统制造系统车间级车间级制造系统制造系统 单元级单元级制造系统制造系统 单元级单元级制造系统制造系统 全球全球制造系统制造系统 10 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理

8、2.1.6 制造系统大小的划分制造系统大小的划分 按制造系统功能实现的难易程度来区别大小。按制造系统功能实现的难易程度来区别大小。 先进制造系统主要研究大的制造系统。先进制造系统主要研究大的制造系统。 根据美国麻省理工学院（根据美国麻省理工学院（MIT）N. P. Suh的定义：的定义： 大系统大系统 在整个运行时间域上，必须同时满足的在整个运行时间域上，必须同时满足的 功能要求功能要求的数目的数目10个。个。 例例 汽车制造系统是大系统。汽车制造系统是大系统。 小系统小系统 在整个运行时间域上，必须同时满足的在整个运行时间域上，必须同时满足的 功能要求功能要求的数目的数目10个。个。 例例

9、大多数机床、机器人等系统是小系统。大多数机床、机器人等系统是小系统。 11 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.1.6 制造系统大小的划分制造系统大小的划分 Suh还把大系统分为两类：还把大系统分为两类： v 大型固定系统大型固定系统 是指虽然系统在整个时间是指虽然系统在整个时间 域上总体完成的功能要求数目域上总体完成的功能要求数目1010个，但其功个，但其功 能要求是固定的集合。能要求是固定的集合。 例例 大量生产流水线中的大型自动化流水线。大量生产流水线中的大型自动化流水线。 v大型柔性系统大型柔性系统 是在生命期内系统必须满足是在生命期内

10、系统必须满足 的总体功能数不仅多于的总体功能数不仅多于10个，而且在不同的生个，而且在不同的生 命期，功能要求是可变的集合。命期，功能要求是可变的集合。 例例 可重组的大型制造系统。可重组的大型制造系统。 12 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2 AMS的组成的组成 AMS组成，可从以下三个不同的视角来审视组成，可从以下三个不同的视角来审视 v 要素：要素：是系统实现功能的不可少的组成部分。是系统实现功能的不可少的组成部分。 v 结构：结构：指制造系统在空间上具有一定的结构形态。指制造系统在空间上具有一定的结构形态。 一般在综合的基础上对结

11、构系统进行分析。一般在综合的基础上对结构系统进行分析。 v 过程：过程：指其产品的生产从设计、工艺、加工、装指其产品的生产从设计、工艺、加工、装 配到检测出厂是一个随时间变化的序列系配到检测出厂是一个随时间变化的序列系 统。统。 13 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2 AMS的组成的组成 2.2.1 2.2.1 AMS的基本要素的基本要素 2.2.2 2.2.2 AMS的结构组成的结构组成 2.2.3 2.2.3 AMS的过程组成的过程组成 14 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 系统的一般

12、组成结构系统的一般组成结构 转换 输入输出 约束 反馈 15 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2.1 2.2.1 AMS的基本要素的基本要素 图图2-2 企业级制造系统的基本模型企业级制造系统的基本模型 输入输入 新的资源新的资源 产品产品 服务服务 创造客户创造客户 社会责任社会责任 原有资源原有资源 输出输出 反馈反馈 机制机制 （内部）（内部） 约束约束 （外部）（外部） 政策政策 法规法规 标准标准 规范规范 硬件硬件 软件软件 体制体制 模式模式 转转 换换 （资源增值）（资源增值） 劳务劳务 资金资金 物料物料 信息信息 社会环

13、境与市场环境社会环境与市场环境 16 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2.2 AMS2.2.2 AMS的结构组成的结构组成 1. AMS的资源结构的资源结构 2. AMS的功能结构的功能结构 3. AMS的组织结构的组织结构 17 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2.2 2.2.2 AMS的结构组成的结构组成 1. AMS的资源结构的资源结构 （1）基础基础资源资源 又称有形资源。又称有形资源。 包括：包括：物料（原材料、坯料、半成品等）、物料（原材料、坯料、半成品等）、 设备（机器、生

14、产线等）、设备（机器、生产线等）、 能源（电能、燃料等）、能源（电能、燃料等）、 其他（土地、厂房、工具等）。其他（土地、厂房、工具等）。 （2）活性资源）活性资源 又称无形资源。又称无形资源。 包括：包括：人力、资金、技术、信息、管理、知识、组织、文化、人力、资金、技术、信息、管理、知识、组织、文化、 时间、企业形象、产品品牌、客户关系、政府政策等。时间、企业形象、产品品牌、客户关系、政府政策等。 v 其中其中人力人力是关键资源，是关键资源，信息信息和和文化文化是协调性资源，是协调性资源，组织组织是集成化资是集成化资 源，源，客户关系客户关系和和政府政策政府政策是环境资源。是环境资源。 18

15、 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2.2 2.2.2 AMS的结构组成的结构组成 2. AMS的功能结构的功能结构 一个一个AMS中，存在多种性质不同的活动。这些活动的执中，存在多种性质不同的活动。这些活动的执 行一般是由不同职能部门来完成的。各个部门的功能有行一般是由不同职能部门来完成的。各个部门的功能有 着明显的区别着明显的区别, ,图图2-4则较为细致地描述了则较为细致地描述了AMS的功能的功能: : v研究与开发研究与开发 v生产控制生产控制 v市场营销市场营销 v财务管理财务管理 19 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进

16、制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2.2 2.2.2 AMS的结构组成的结构组成 图图2-4 AMS的功能结构的功能结构 产品出口产品出口 人事管理人事管理 工资工资 制造成本制造成本 顾客、供应商、市场与外部环境顾客、供应商、市场与外部环境 财务管理财务管理 预算预算 购买购买 总帐总帐 购买帐购买帐 销售帐销售帐 库存财务库存财务 库存管理库存管理 装箱发运装箱发运 固定资产固定资产 工厂维护工厂维护 库存控制库存控制 与预测与预测 系统输入系统输入 采购供应采购供应资源管理资源管理 订单处理订单处理 主计划主计划 MRP 生产控制生产控制 车间管理车间管理/FMS控制控制 加工加

17、工存储存储输送输送检验检验装配装配 过程设计过程设计 工业工程工业工程 质量控制质量控制 数控编程数控编程 研究与开发研究与开发 经营战略经营战略 产品设计产品设计 软件软件 工程设计工程设计 数据库数据库 机械机械 电气电气 液压液压 市场营销市场营销 销售预测销售预测 结构控制结构控制 BOM 时间研究时间研究 排序排序 制造数据库制造数据库 刀具数据刀具数据 夹具数据夹具数据 零件数据零件数据 20 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2.2 2.2.2 AMS的结构组成的结构组成 3. AMS的组织结构的组织结构 图图2-5 一个一个A

18、MS（企业）的组织结构（企业）的组织结构 制造部制造部2制造部制造部n制造部制造部1 财务部财务部 总经理总经理 市场部市场部销售销售部部采购部采购部开发部开发部工业工程部工业工程部人力资源部人力资源部 21 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2.3 2.2.3 AMS的过程组成的过程组成 对于各种不同层次的制造系统，人们对于各种不同层次的制造系统，人们从不同从不同 的角度出发，的角度出发，提出提出了了不同的运动流理论。不同的运动流理论。 不同层次的制造系统，不同层次的制造系统，其运行过程其运行过程所形成的所形成的 运动流不同，运动流不同，所

19、所构成的子系统功能也不同。构成的子系统功能也不同。 单元级单元级制造系统的制造系统的三运动流三运动流及其子系统及其子系统 1. 企业级企业级制造系统的制造系统的四运动流四运动流及其子系统及其子系统 22 先进制造系统先进制造系统 第第2 章章 先进制造系统基本原理先进制造系统基本原理 2.2.3 2.2.3 AMS的过程组成的过程组成 1. 单元级单元级制造系统的制造系统的三运动流三运动流及其子系统及其子系统 图图2-6 单元级制造系统三运动流单元级制造系统三运动流 信息系统（加工任务、方法、工件质量等）信息系统（加工任务、方法、工件质量等） 物料流物料流 信息流信息流 能量流能量流 原材料或坯料原材料或坯料加工加工检验检验输送输送装夹装夹产品产品 刀具、夹具等刀具、夹具等 机械能机械能电能电能